一种扩声用柱面波可调水平覆盖角装置的制作方法

1.本实用新型涉及扩声装置，尤其是涉及一种扩声用柱面波可调水平覆盖角装置。本装置可以降低号筒的失真，改善扩声音质。


背景技术：

2.传统扩声系统，高频通常用号筒控制其指向性覆盖范围，其声源特点为点声源，声波传输特性为球面波。今年来，随着线阵系统的应用，以柱面波为特性的线声源正越来越多地应用到现代扩声系统中。柱面波不同于球面波，通常，其水平波阵面以柱面波形式扩散，而垂直方向，其指向覆盖角基本恒定(10
°
左右)，不受号筒指向性控制。因而，现实扩声应用中，如果要改变线声源柱面波高频的指向性覆盖角度，通常的方法有两种：(1)改换不同覆盖角的号筒；(2)单独特制不同覆盖角的音箱。这样，势必造成操作上的复杂及材料、设备、人力上的浪费。
3.现有技术，中国实用新型专利，zl201020112737.x，披露了一种能任意改变线声源柱面波高频指向性覆盖角度的扩音装置。如图1所示，该装置包括高音驱动器9、扩音装置、高音驱动器9和扩音装置之间有一个柱面波转换器8，扩音装置安装于柱面波转换器8前出口处，扩音装置包括固定板7、转轴6、指向性控制板2、上下定位板1、和上下定位板1 上的角度控制滑轨3，其中指向性控制板2有两个，夹在上下定位板1 之间，两个指向性控制板2可以绕转轴6转动，改变相互之间的夹角，达到调整线声源柱面波高频指向性覆盖角度的目的。
4.但是，因为指向性控制板呈平板状，在柱面波转换器8前出口处，由于“突变”引起“涡流效应”而导致失真。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是避免前述平板状指向控制板所带来的失真，并提供一种扩声用柱面波可调水平覆盖角装置以改善扩音音质。
6.本实用新型提供了一种扩声用柱面波可调水平覆盖角装置,装置安装于柱面波转换器前出口处，由可调号角板，转轴，定位装置组装而成，其特征在于，可调号角板呈双曲面形状，可调号角板的横截面形状呈双曲线，双曲线符合双曲线标准方程：x^2/a^2
‑
y^2/b^2＝1。
7.作为改进，可调号角板的双曲线标准方程中，参数a＝b/2,其中b为该扩声用柱面波可调水平覆盖角装置所适配的号筒喉口宽度。
8.作为改进，所适配号筒喉口宽度b满足如下方程式：b≤c/2f，其中，c为声速340米/秒，f为所适配的号筒高频有效工作上限。
9.作为改进，双曲线标准方程中，参数b＝a*tan(90
°‑
α/2)，其中α为该扩声用柱面波可调水平覆盖角装置实现最大水平覆盖角时，该双曲线的渐近线与y轴夹角的两倍。
10.作为改进，该可调号角板长度h＝s/b,其中s是与该扩声用柱面波可调水平覆盖角
装置所适配的号筒口的截面积。
11.作为改进，该号筒口的截面积s＝π
×
(c/2πf。)^2，其中c为声速 340米/秒，f。为号筒的截止率。通常号筒的有效工作频率下限f下设定为f下≥2f。，而f下由系统分频点确定，为已知参数。
12.作为改进，转轴位于双曲线的顶点。
13.作为改进，定位装置包括设置在可调号角板两端面的两块定位板和定位器组成。
14.作为改进，定位器包括设置在所述两块定位板上的角度控制滑轨，和用于定位可调号角板偏转角度的锁紧机构。
15.作为改进，定位器也可以包括设置在所述两块定位板上的数个定位孔，和设置在所述可调号角板上用于与定位孔配合的定位销。
16.本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是：采用双曲面号角板结构，在柱面波转换器8前出口处，减少由于“突变”引起“涡流效应”而导致失真。
附图说明
17.图1为现有技术，zl201020112737.x，的结构示意图。
18.图2为双曲线几何图。
19.图3为本实用新型一个实施例的结构示意图。
20.图4为图3实施例的局部横截面结构示意图。
21.图5为本实用新型的实施例中定位装置的结构示意图。
22.图6为本实用新型的实施例的应用示意图。
23.图7为本实用新型相对于现有技术控制“涡流效应”的优势的示意图。
24.图8
‑
12为本实用新型相对于现有技术技术优势的测试图。
具体实施方式
25.下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。
26.如图1所示，现有技术，中国实用新型专利zl201020112737.x，披露了一种能任意改变线声源柱面波高频指向性覆盖角度的扩音装置。该装置包括高音驱动器9、扩音装置、高音驱动器9和扩音装置之间有一个柱面波转换器8，扩音装置安装于柱面波转换器8前出口处，扩音装置包括固定板7、转轴6、指向性控制板2、上下定位板1、和上下定位板1 上的角度控制滑轨3，其中指向性控制板2有两个，夹在上下定位板1 之间，两个指向性控制板2可以绕转轴6转动，改变相互之间的夹角，达到调整线声源柱面波高频指向性覆盖角度的目的。
27.如图2所示的双曲线几何图，根据双曲线标准方程： x^2/a^2
‑
y^2/b^2＝1，所绘出的双曲线。双曲线的两个顶点，即两条双曲线与x轴的交点，确定了xy坐标轴，其中，两个顶点的连线确定了x轴，而通过两个顶点的中点，并与x轴垂直的线就是y轴。两条双曲线各自有对应的渐进线，在一三象限的渐进线，y2＝b/a*x，是通过(0，0)点，斜率为b/a的线。在二四象限的渐近线，y1＝
‑
b/a*x，是通过(0，0)点，斜率为
‑
b/a的线。渐近线y1和渐近线y2的夹角α，就是该扩声用柱面波可调水平覆盖角装置能够实现的最大水平覆盖角。
28.如图3所示是一个本实用新型的一个应用实例。音箱10由布置在音箱两侧的低音
号筒12和布置在中部的高音号筒14组成。高音号筒14的柱面波转换器前出口处，安装有柱面波可调水平覆盖角装置16。高音号筒14的柱面波转换器前出口处宽度为b,长度为h。
29.如图4所示的，图3实施例的局部横截面结构示意图，扩声用柱面波可调水平覆盖角装置16安装于高音号筒14柱面波转换器前出口处，由可调号角板18，转轴20，定位装置22组装而成，柱面波可调水平覆盖角装置16有左右两片呈双曲面形状的可调号角板18，可调号角板18的横截面形状呈双曲线，双曲线符合双曲线标准方程：x^2/a^2
‑
y^2/b^2＝1。可调号角板18的双曲线标准方程中，参数a＝b/2,其中b为该扩声用柱面波可调水平覆盖角装置18所适配的号筒14喉口宽度，即高音号筒14的柱面波转换器前出口处宽度b。所适配号筒14喉口宽度b满足如下方程式：b≤c/2 f，其中，c为声速340米/秒，f为所适配的号筒高频有效工作上限。双曲线标准方程中，参数b＝a*tan(90
°‑
α/2)，其中α为该扩声用柱面波可调水平覆盖角装置16实现最大水平覆盖角时，该双曲线的渐近线与y轴夹角的两倍。该可调号角板18长度h＝s/b,其中s是与该扩声用柱面波可调水平覆盖角装置16所适配的号筒14喉口的截面积。该号筒喉口的截面积s＝π
×
(c/2πf。)^2，其中c为声速340米/秒，f。为号筒的截止率。通常号筒的有效工作频率下限f下设定为f下≥2f。，而f下由系统分频点确定，为已知参数。
30.转轴20位于双曲线的顶点。两个顶点的连线确定了x轴，而通过两个顶点的中点，并与x轴垂直的线就是y轴。定位装置22包括设置在可调号角板18两端面的两块定位板和定位器24组成。定位器24可以如现有技术，中国实用新型专利zl201020112737.x，披露的方式，包括设置在两块定位板上的角度控制滑轨，和用于定位可调号角板偏转角度的锁紧机构。此种方式可以实现可调号角板18偏转角度的连续可调。
31.定位器24也可以包括设置在所述两块定位板上的数个定位孔26，和设置在所述可调号角板18上用于与定位孔配合的定位销。为了方便定位销的安装，可以在可调号角板18的端面上连接竖板，将定位销固定在竖板上，定位销可以选用弹性销，在按压时可以缩回，到达对应的定位孔时自动弹出定位可调号角板18的偏转角度。
32.如图5所示，为本实用新型的实施例中定位装置22的结构还可以继续改进。通过在定位板上设置多排定位孔26，可以提高可调号角板18 偏转角度的选择数量，满足不同需要。此外，减小定位销和定位孔的直径，可以设置更多的定位孔，结合多排定位孔的设置，可以实现对可调号角板18更多的步进调整选择。
33.如图6所示，本实用新型的实施例的应用示意图中，两片可调号角板18可以分别设置在不同的偏转角度，以满足不同场合的需要。
34.图7是演示本实用新型相对于现有技术控制“涡流效应”的优势的示意图。本实用新型采用双曲面号角板结构，在柱面波转换器8前出口处，减少由于“突变”引起“涡流效应”而导致的失真。
35.图8
‑
12为本实用新型相对于现有技术技术优势的测试图。其中，每个测试图的左侧部分是本实用新型技术方案的测试结果，右侧是现有技术方案的测试结果。每个方案的测试包括了两种测试：上部是频响曲线，频响曲线又称“频率响应曲线”，它表达了声音的强度spl(soundpressure level)随频率变化的关系。理论上，频响曲线越平直，说明扬声器的响度一致性好，能量均匀，波动小。下部是波束图，波束图(h
……
水平方向、v
……
垂直方向)是通过专用的转台测试仪测得，其表达的是声波的扩散角度随频率的变化关系。理论
上，以
‑
6db等响范围为有效覆盖范围，其与声源中心形成的夹角为有效覆盖角(即扩散角)。图8
‑
11是对水平方向的测试，其中，图8是两片可调号角板与y轴夹角各呈60
°
角。图9是两片可调号角板与y轴夹角各呈45
°
角。图10是两片可调号角板与y轴夹角各呈30
°
角。图11是两片可调号角板与y轴夹角本别呈 60
°
和45
°
角。从这些对比测试可知，在适配同样的音箱和相同的技术参数下，频响曲线的比对反映，本实用新型的技术方案，即双曲线型号角板相比于现有技术，即直线型号角板，随号角板角度的变化，频响曲线波动更小，说明其能量分布均匀，突变、畸变少。
‑
6db波束图的比对反映，本实用新型的技术方案，即双曲线型号角板的有效覆盖角(h水平方向)，与号角板的调节角度，呈线性一致关系，且在不同频率，均匀一致。而现有技术，即直线型号角板，由于声反射、声涡流等影响，导致能量集中、抵消作用，使频响波动大、波束均匀度差。图12是对垂直方向的测试。由于本实用新型的技术方案，即双曲线型号角板和现有技术，即直线型号角板均为同等条件下测试，两者共用同一个柱面波转换器。根据柱面波特性，h方向，扩散角随号角板变化，v向不受号角板变化，因此，两者v向波束走势相近。但现有技术，即直线型号角板由于顶、底部固定板的声反射，引起局部突变。
36.本实用新型的一个实施例披露了如下的技术方案。(1)根据扩声系统的预设技术参数f,选定高音号筒喉口宽度b。根据声源最小耦合间距算法，b≤c/2f，其中c为声速340米/秒，f为号筒高频有效工作上限，通常为16khz至20khz，由此可算出b＝8.5mm至10.625mm,具体值由扩声系统的预设技术参数确定。在本实施例中，选定高音号筒喉口宽度b＝10mm，对应的号筒高频有效工作上限f＝17khz。(2)根据配套的中低音号筒规格，选定高音号筒喉口长度h。由于音箱的高音号筒和中低音号筒通常是安装在同一个箱体内，通过中低音号筒的尺寸，考虑箱体空间余量等，可以选定高音号筒喉口长度h。例如，中低音号筒选择10寸的喇叭，可以选定高音号筒喉口长度h＝280mm。(3)根据号筒口截面积校核号筒的截止率是否满足号筒声学性能要求，必要情况下可以反向调整号筒口截面积。首先，号筒口截面积s＝h*b,其次，根据已知的声学理论，号筒口截面积s＝π
×
(c/2πf。)^2，其中c为声速340米/秒，f。为号筒的截止率。通常号筒的有效工作频率下限f下设定为f下≥2f。，而f下由系统分频点确定，为已知参数。例如，在本实施例中，b＝10mm，h＝280mm，相应的，号筒口截面积s＝h*b＝2800mm^2。对应计算号筒的截止率f。约等于1.81khz，系统有效工作频率下限f下≥2f。，也就是有效工作频率下限f下≥3.62khz。如果音箱系统有效工作频率下限f下不满足需要，就需要按照号筒口截面积s＝π
×
(c/2πf。)^2公式，来倒算号筒口截面积s，和号筒喉口长度h，并对音箱的尺寸、中低音号筒的规格进行调整。(4)根据高音号筒喉口宽度b，确定双曲线参数a。根据公式参数a＝b/2,在本实施例中，高音号筒喉口宽度b＝10mm，参数a＝5mm。(5)根据扩声用柱面波可调水平覆盖角装置所需要实现的最大水平覆盖角α，计算双曲线参数b。根据方程式，双曲线参数b＝a*tan(90
°‑
α/2)，在最大水平覆盖角α已知的情况下，可以计算双曲线参数b。在本实施例中，最大水平覆盖角α选定为90
°
，参数a＝5mm，参数b＝a*tan(90
°‑
α/2)＝a*tan45
°
＝a＝5mm。相应的，可调号角板的双曲面形状应当符合，x^2/5^2
‑
y^2/5^2＝1，的双曲线方程。
37.本实用新型提供了一种扩声用柱面波可调水平覆盖角装置,该装置安装于柱面波转换器前出口处，由可调号角板，转轴，定位装置组装而成，可调号角板呈双曲面形状，并且由转轴和定位装置来设定可调号角板的偏转角度，避免了现有技术中平板状指向控制板所带来的失真，在方便调整扩声用柱面波的水平覆盖角的同时，还改善了扩音音质。